jvm之垃圾回收算法

假象，我们把内存想象成一个装库存的仓库，定期清理过期的货物，我们想象一下我们会怎么清理这些货物。

货物是否过期，在前一节已经说过，利用可达性分析。这里不再赘述。

最简单最省事的清理方式，就是直接把过期的货物搬走，不用管其余的货物，但是想一下，这种做法有很个缺点，就是多次清理后，存储的空间会变得凌乱，不连续。

所以我们想另外一种方法，首先也是标记所有过期的货物，此时不再直接清除货物，而是把没过期的获取都搬到仓库的一边上，然后直接把之外的所有的空间清空。

更极端一点，我们直接把仓库分成两半，每次只用一半，需要清理的时候，把没过期的货物从一半移动到另一半，直接清理这一半的空间即可。

如上就是我们生活中清理仓库的基本方法，在内存回收中，基本的原理是一样的。

第一种就是标记-清除算法，首先标记出所有需要回收的对象，然后统一回收，缺点就是内存空间会变得不连续，当有大对象需要分配时，会触发另一次垃圾回收。

基于改进，有了第二种算法，标记-整理算法，首先一样标记出所有的需要回收的对象，然后将存活的对象移动到内存的一端，将端边界外的内存直接清除，但是这种移动中，我们还需要注意把端这边的可回收对象移动出去。

所以，在极端情况下，直接把内存分为两块，每次只使用一块，回收时，把存活的对象复制到另一块内存中，直接清理刚使用的空间，叫做复制算法。代价就是减少了一半的空间使用。但是一般情况下，我们创建的对象都是“朝生夕死”，所以我们不需要把内存按照1:1分为两等快，我们首先分配一大块内存区域eden空间用于创建对象，再将剩余的一小块空间分为两等块survivor空间。创建对象分配在eden空间上，垃圾回收时，将eden和survivor的一块空间的存活对象分配到另一个survivor空间上，然后清理eden和刚使用的survivor空间即可。一般在hotspot虚拟机中，eden和survivor空间的比例式8:1，即eden占总空间的80%，survivor的两个空间各站10%，也说明内存中每次使用的空间是90%，只有10%的浪费。同样也说明了每次回收后都只有10%以下的对象存活，但是这无法保证，所以当surivivor空间不够时，需要分配到其他的空间上。

现在的垃圾回收一般都采用分代算法，根据对象的存货周期，将对象划分为几个区域，分别采用合适的算法进行回收。一般分为新生代和老年代，新生代对象存活较少，采用复制算法，老年代存活对象较多，使用标记清除或者标记整理算法。

HotSpot中算法实现

首先得可达性分析，一般可以作为gc root的节点主要是全局性引用（常量或者类静态属性）和执行上下文（栈帧中的局部变量表），现在的应用一般方法区就要几百兆，如果要全遍历一遍过于耗时。

并且可达性分析还会产生stop the world现象，在进行分析时必须要保证当前的内存中引用不再发生变化，如果变化无法保证分析的准确性。

在hotspot虚拟机中，由于是完全准确式虚拟机，所以不需要扫描所有的全局变量和上下文，使用一组成为OopMap的数据结构来存储对象上什么位置是什么类型的数据，当进行可达性分析时，只需要扫描OopMap即可，这里也就引出了另一个问题，什么是完全准确式虚拟机。

在虚拟机中，代码编译之后是没有类型信息的，只有在栈中的位置，所以早期虚拟机是不存储栈中数据的类型信息的，在GC时，从栈帧中开始扫描，每遇到一个整形，就需要判断是否是指针，这里判断使用堆的界限、长度是否对齐等，但是有的对象就会产生已经死亡，但是好像还有指向他的引用导致无法回收。并且对象无法进行移动，移动对象就需要移动指针，所以采用了句柄的方式，增加了中间层，移动的时候只改变句柄中的指针即可。这种早期的方式效果不好。

所以在新的虚拟机中，会在类加载完成的时候，计算出来对象内哪些位置的偏移量是什么类型的数据保存到OopMap中，在JIT编译过程中，会在特定的位置计算保存。因为导致OopMap变化的指令很多，如果每一条指令都计算并生成OopMap，效率和存储空间都是问题，所以一般只在特定的位置进行计算，这些位置成为安全点（safepoint）。安全点的选取满足“是否具有让程序长时间执行”的特点，因为指令执行时间都很短，所以长时间执行的指令一般有这些位置：

1.循环结束位置

2.方法条用之前或者方法临返回前

3.异常的跳转等

安全点还有一个问题，就是在进行GC时，如何让所有的线程都进入安全点再停顿下来，有两种方式：抢先式中断和主动式中断；

抢先式中断是不需要线程的配合，在进行gc时，停止所有线程，判断线程是否在安全点，把不在安全点的线程恢复执行到安全点再停止，现在几乎没有使用这种方式的。

主动式中断是需要GC时，不主动地中断线程，而是设置一个标志，线程会轮询这个标志，发现标志位真时，中断线程。轮询的地方与安全点重合，再加上对象创建的位置，这样就保证了线程中断时都会进入安全点。

但是还有一种情况，如果在GC发生时，一个线程刚好没有分配CPU时间，处于sleep或者阻塞状态，这时无法响应中断请求，进入到安全点再中断。所以引入了安全区域的概念，安全区域就是一段代码中，引用的关系不会发生变化，这个区域内任何一个地方的GC都是安全的。在线程进入安全区域时，先标识自己进入了安全区域，在gvm进行gc时，不会再管这些进入安全区域的线程了。

以上就是垃圾收集算法，和hotspot中可达性分析过程。

接下来就是垃圾收集器。

简单总结下：

垃圾回收需要判断对象是否存活，一般用可达性分析，一般能作为gc root的有栈帧的局部变量表和全局变量，但是如果遍历所有的gc root会很耗时，所以引入了OopMap存储对象中哪些位置是哪些类型的变量，在可达性分析时遍历OopMap即可。生成OopMap的时间点有类加载完成时，进行计算。还有JIT编译过程中，让程序长时间执行的地方进行计算。这些地方称为安全点，在进行gc时，线程都需要进入安全点，此时遍历OopMap后可达性分析才是准确的。让线程进入安全点的方法是设置一个标志位，线程在安全的地方查询这个标志位，如果为真，则中断，等待GC。

垃圾回收的方法有标记清除法，标记整理法，复制算法。各有优缺点，根据对象的存活周期，一般将内存区域分代，年轻带和老年代，年轻代用复制算法，老年代用标记清除或者标记整理算法。

以上就是最开始三个问题的答案

1.哪些对象需要回收：可达性分析

2.什么时候进行GC：安全点和安全区域

3.怎么进行回收：回收的算法

明天学习垃圾收集器。